超高清数字电视关键技术探讨

蒋海炎

【摘要】伴随着社会的进步和经济的发展，超高清数字电视成为当前发展的主要趋势，有利于为用户提供更加优质和清晰的画面。在如今的电视行业中，超高清数字电视凭借其优质画质，展现出了无比寻常的发展潜力，且在竞争激烈的市场中具有较好的发展前景。鉴于此，本文简要概述了超高清数字电视，并就其关键技术进行了详细介绍，最后分析了4K超高清数字频道的发展情况，具体如下。

【关键词】超高清;数字电视;关键技术

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.006

4K这一概念于2004年被首次提出，2012年国际电信联盟发布了超高清电视国际标准ITU-RBT.2020，自此宣示了超高清的问世。近年来，国内外均推出了尺寸不同的超高清电视，在这一行业的发展过程中极具热门。相比于高清电视，超高清电视更易于给用户一种更加清晰和逼真的画面，且增强观众的体验感，满足其视觉感受，较好的弥补了大屏幕电视的不足之处。为了深入了解超高清电视，增强其普遍适用性，完善其功能和不足之处，还需加强研究超高清电视的核心技术，本文为此作了具体介绍，以供参考。

1. 超高清电视概述

超高清电视是由NHK公司最先提出的，它作为一种改良的数字电视技术，旨在为用户提供一种优质的电视图像，国外多个国家对其展开了研究和探索。结合超高清数字电视涉及到的技术参数，可将其定义为：具有120Hz的帧频，3840×2160（4K）或7680×4320（8K）分辨率的一种数字电视技术。结合主观视听感受，可将其定义为作为一种数字电视技术，可确保观众在视频图像方面能得到较宽的观赏角度、较高的像素，在视听感受方面能得到丰富多彩、逼真的图像及丰富的声音。

相比于高清电视及标清电视，超高清电视具有相对较高的分辨率。例如当像素密度相同时，4K超高清电视比高清电视的可视面积多3倍，比标清电视多19倍。另外，不同于标清电视与高清电视，超高清电视在实际应用中还涉及到了一些关键性技术，具体如下。

2. 超高清数字电视关键技术分析

2.1 超高清电视视频处理

例如4：4：4采样，4K和8K模式的超高清數字电视信号图像分别具有6Gbit/s和24Gbit/s的原始数据率。采取4：2：2采样，4K模式的原始数据率为4Gbit/s，8K模式的原始数据率为16Gbit/s。为了提升对大数据量的传送，还需进一步研究，创建出新型的压缩编码方式。2010年，ISO/IEC活动图像专家组（MPEG）联合ITU-T视频编码专家组，共同创建了视频编码联合小组，以此来开发出一种更加高效和正规的视频编码标准（HEVC）。标准指出，相比于H.254高档次，确保其计算复杂程度大致相同，主观图像质量也基本一致的基础上，降低其码率（bitrate），使其下降50%。ITU-T视频编码专家组认为，随着复杂度的升高，码率还可继续下降到25%左右。

与H.264混合编码相比，HEVC所使用的编码技术与其具有相似的编码结构。HEVC则是下一代数字电视图像压缩编码的发展标准，覆盖率涵盖了标清、高清和超高清，并结合噪声的色域、电平及动态范围等，对图像质量进行改观。作为H.264的下一代标准，HEVC又被称为“H.265”。联合视频编码小组计划表明，将在之后的几年，分别完成HEVC的标准草案、国际标准草案及国际标准最终版等。

倘若将颁布于1995年的MPEG-2标准作为第一代信源压缩编码标准，2003年的H.264作为第二代标准，HEVC最为第三代编码压缩标准，可知相比于第一代，第二代视频编码标准降低了50%。而相比于H.264，HEVC降低的码率则不小于50%。由此可知，针对超高清视频，采取H.264标准，压缩的码率不大于40Mbit/s，而采取HEVC标准，则可将其压缩至20Mbit/s以内。

2.2 超高清电视音频处理

超高清22声道在顶层、中间层和底层，分别安排了9个、10个和3个声道。完整的空间立体声共包含3个环绕声场（上、中、下）。将2个低音声道，增加至该3层环声场的下层两侧，可得到22.2环绕声系统。相比于7.1声道环绕声系统，其具有三维化的声场，声音更加真实，且更易于带给人一种感官上的享受。此外，22.2声道的音频数据率同样较大，例如以48kb/s，24bit采样，其音频数据率为28Mb/s，经音频压缩后，具有大于2.8Mb/s的数据率。当前，关于多声道立体环绕声技术及系统的开发较多，MPEG也对此制定了相应标准。22.2声道播出系统在家用方面，并不具备完全适用的声道布置。为此，MPEG在环绕声标准SAC的制定方面，需将后向兼容考虑在内，即可对现有的立体声或单声道系统进行兼容或者更新。SAC在编码时采取下混处理，可将多声道音频本身的传输数据率降低，该方式通过对音频空间信息数据增加的方式，来提升现有音频系统的播放情况。

2.3 超高清电视显示

为了真正实现超高清电视的相应功能，还需确保其可对信号进行接收、处理等。

第一，4K超高清面板的分辨力需为3840×2160。当前国内外一些主流面板集团均可达到，而面板则包含两种类型，即VA软屏和IPS硬屏。超高清电视需借助大屏幕显示，因此，其对固有分辨力具有相对较高的要求，面板尺寸为55～65in。

第二，驱动接口。驱动接口的刷新率和传输速率，可影响到显示屏的显示情况。当前，LVDS和V-by-one是两种常用的驱动接口。其中，LVDS的接口形式依据低压差分信号技术，可支持1.05Gb的数据传输速率;V-by-one支持240Hz的刷新频率和3.75Gb的数据传输速率。在使用LVDS处理240HZ、30bit的色彩时，耗费的LVDS信号线为48对。因此，大都采取V-by-one驱动接口，从而达到节省资源的目的。

第三，芯片。芯片在超高清画质中非常重要。它具有图像解码、编码及显示等功能。当前阶段，超高清电视采取的运行方式为双芯片，其中一个芯片可用于处理图像，另一个则需完成运动补偿操作。依据图像解码功能，图像处理芯片可随意交换各种图像的格式，并围绕1920×1080格式的图像，对其在进行运算的基础上，转换其格式为3840×2160。上变换技术使用的方式包含两种，即主芯片内置和处理芯片挖外挂。当前MTK、MSTAR等为芯片技术相对较高的企业。

3. 4K超高清频道发展概述

伴随着超高清电视终端的使用和发展，超高清传输测试的成功，一些国家加强了对4K超高清试验频道的研究。

2014年4月，U-max作为全国首个超高清有线电视频道，于韩国上线，并播放了多达100个超高清节目内容，包含动画、体育赛事、纪录片等。且于2016年在超高清内容制作方面，投入了400亿。同年的6月份，韩国的KT SKYlife公司又相继推出SkyUHD4K超高清频道，传输格式为H.265。2014年6月，日本在CS卫星电视对4K节目进行了试播，并在2016年展开对BS卫星电视4K节目的试播。此外，日本还提出了第一个4K电视频道Hikari TV，并为4K视频提供VoD服务，在商用4K/60p VOD方面，为世界之首。在2014年12月，美国有线运营商DirecTV发射了4K卫星，其信号覆盖的面积相对较广。该卫星使用的波段为Ka，信号为“反向”DBS，传输格式为4K，用于播放电影或者纪录片等。

在有线5G双超网的基础上，中国创建了大连天途有限超高清频道，其作为首个有线4K超高清频道，于2014年8月至9月进行了试播。有线5G双超网的前端载体为云业务平台，传输渠道为光纤，入户方式为光纤同轴复合缆，具有大于5G的广播推送宽带，可传输更加高清和广泛的信号。期间主要对纪录片、超高清电视等内容进行了试播。

4. 结语

综上，当前超高清电视在国内外均得到了广泛关注，且取得了较为显著的研究成果。然而，相比于一些先進国家，我国在建设和发展超高清数字电视方面，仍具有较大的差距，纵观当前，虽然超高清试验频道已取得了一定进展，但其还未取得广泛应用。为此，国家需加大对财力和人力的投入，为我国的专家学者提供外出交流和学习的机会，并设置专项开发和研究资金，鼓励学者打破局限，开拓进取，积极创新。此外，还需加强对超高清数字电视关键技术的研究，从而在视频、音频和图像显示几方面，全面了解超高清数字电视，使其更具智能化和现代化。

参考文献：

[1]李桂花.超高清数字电视关键技术分析及研究[J].科技传播，2018，010（015）：85-86.

[2]李东山.超高清数字电视关键技术及其发展趋势探讨[J].数字通信世界，2016，000（002）：330-331，354.

[3]李华品.超高清数字电视传输技术与发展趋势分析[J].数码设计（下），2019，000（008）：91.

[4]李春明.浅谈广东广播电视台4K超高清电视数字播出通路及安全应急操作[J].现代电视技术，2019，No.221（11）：139-142.

[5]刘瑶.对超高清数字电视传输技术及发展趋势的探讨[J].卫星电视与宽带多媒体，2020，No.507（02）：18-19.

[6]顾秋虹.超高清数字电视关键技术探讨[J].传媒论坛，2018，001（024）：48.